Giáo Trình PLC - Nguyễn Huy Mạnh, 139 Trang
Gi¸o Tr×nh PLC
S−u tÇm : NguyÔn Huy M¹nh
Môc lôc
Néi dung
Trang
Ch−¬ng 1: LÝ thuyÕt c¬ së
1.1. Nh÷ng niÖm c¬ b¶n ....................................................................................................................... 2
1.2. C¸c ph−¬ng ph¸p biÓu diÔn hµm logic.............................................................................. 7
1.3. C¸c ph−¬ng ph¸p tèi thiÓu ho¸ hµm logic...................................................................... 9
1.4. C¸c hÖ m¹ch logic............................................................................................................................ 13
1.5. Grafcet – ®Ó m« t¶ m¹ch tr×nh tù trong c«ng nghiÖp ......................................... 15
Ch−¬ng 2: Mét sè øng dông m¹ch logic trong ®iÒu khiÓn
2.1. C¸c thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn ................................................................................................................. 24
2.2. C¸c s¬ ®å khèng chÕ ®éng c¬ r«to lång sãc.................................................................. 25
2.3. C¸c s¬ ®å khèng chÕ ®éng c¬ kh«ng ®ång bé r«to d©y quÊn........................... 29
2.4. Khèng chÕ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu...................................................................................... 31
Ch−¬ng 3: Lý luËn chung vÒ ®iÒu khiÓn logic lËp tr×nh PLC
3.1. Më ®Çu....................................................................................................................................................... 33
3.2. C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña mét bé PLC........................................................................... 34
3.3. C¸c vÊn ®Ò vÒ lËp tr×nh................................................................................................................... 37
3.4. §¸nh gi¸ −u nh−îc ®iÓm cña PLC ....................................................................................... 43
Ch−¬ng 4: Bé ®iÒu khiÓn PLC – CPM1A
4.1. CÊu h×nh cøng....................................................................................................................................... 45
4.2. GhÐp nèi.................................................................................................................................................... 49
4.3. Ng«n ng÷ lËp tr×nh............................................................................................................................. 51
Ch−¬ng 5: Bé ®iÒu khiÓn PLC – S5
5.1. CÊu t¹o cña bé PLC – S5.......................................................................................................... 54
5.2. §Þa chØ vµ g¸n ®Þa chØ..................................................................................................................... 55
5.3. Vïng ®èi t−îng.................................................................................................................................... 57
5.4. CÊu tróc cña ch−¬ng tr×nh S5.................................................................................................... 58
5.5. B¶ng lÖnh cña S5 – 95U............................................................................................................ 59
5.6. Có ph¸p mét sè lÖnh c¬ b¶n cña S5..................................................................................... 60
Ch−¬ng 6: Bé ®iÒu khiÓn PLC – S7 - 200
6.1. CÊu h×nh cøng........................................................................................................................................ 70
6.2. CÊu tróc bé nhí...................................................................................................................................... 73
6.3. Ch−¬ng tr×nh cña S7- 200.............................................................................................................. 75
6.4. LËp tr×nh mét sè lÖnh c¬ b¶n cña S7- 200 .................................................................... 76
Ch−¬ng 7: Bé ®iÒu khiÓn PLC – S7-300
7.1. CÊu h×nh cøng....................................................................................................................................... 78
7.2. Vïng ®èi t−îng..................................................................................................................................... 81
7.3. Ng«n ng÷ lËp tr×nh ............................................................................................................................ 83
7.4. LËp tr×nh mét sè lÖnh c¬ b¶n...................................................................................................... 84
Phô lôc 1: C¸c phÇn mÒm lËp tr×nh PLC
I. LËp tr×nh cho OMRON...................................................................................................................... 86
II. LËp tr×nh cho PLC- S5....................................................................................................................... 92
III. LËp tr×nh cho PLC – S7-200.................................................................................................... 97
IV. LËp tr×nh cho PLC – S7-300.................................................................................................... 101
Phô lôc 2: B¶ng lÖnh cña c¸c phÇn mÒm
1. B¶ng lÖnh cña PLC – CPM1A.................................................................................................... 105
2. B¶ng lÖnh cña PLC – S5.................................................................................................................. 112
3. B¶ng lÖnh cña PLC – S7 -200...................................................................................................... 117
4. B¶ng lÖnh cña PLC – S7-300 ....................................................................................................... 128
1
Gi¸o Tr×nh PLC
S−u tÇm : NguyÔn Huy M¹nh
PhÇn 1: Logic hai tr¹ng th¸i vµ øng dông
Ch−¬ng 1: LÝ ThuyÕt C¬ S¬
§1.1. Nh÷ng kh¸i niÖm c¬ b¶n
1. Kh¸i niÖm vÒ logic hai tr¹ng th¸i
Trong cuéc sèng c¸c sù vËt vµ hiÖn t−îng th−êng biÓu diÔn ë hai tr¹ng th¸i
®èi lËp, th«ng qua hai tr¹ng th¸i ®èi lËp râ rÖt cña nã con ng−êi nhËn thøc ®−îc
sù vËt vµ hiÖn t−îng mét c¸ch nhanh chãng b»ng c¸ch ph©n biÖt hai tr¹ng th¸i
®ã. Ch¼ng h¹n nh− ta nãi n−íc s¹ch vµ bÈn, gi¸ c¶ ®¾t vµ rÎ, n−íc s«i vµ kh«ng
s«i, häc sinh häc giái vµ dèt, kÕt qu¶ tèt vµ xÊu...
Trong kü thuËt, ®Æc biÖt lµ kü thuËt ®iÖn vµ ®iÒu khiÓn, ta th−êng cã kh¸i
niÖm vÒ hai tr¹ng th¸i: ®ãng vµ c¾t nh− ®ãng ®iÖn vµ c¾t ®iÖn, ®ãng m¸y vµ
ngõng m¸y...
Trong to¸n häc, ®Ó l−îng ho¸ hai tr¹ng th¸i ®èi lËp cña sù vËt vµ hiÖn t−îng
ng−êi ta dïng hai gi¸ trÞ: 0 vµ 1. Gi¸ trÞ 0 hµm ý ®Æc tr−ng cho mét trang th¸i cña
sù vËt hoÆc hiÖn t−îng, gi¸ trÞ 1 ®Æc tr−ng cho tr¹ng th¸i ®èi lËp cña sù vËt vµ
hiÖn t−îng ®ã. Ta gäi c¸c gi¸ trÞ 0 hoÆc 1 ®ã lµ c¸c gi¸ trÞ logic.
C¸c nhµ b¸c häc ®· x©y dùng c¸c c¬ së to¸n häc ®Ó tÝnh to¸n c¸c hµm vµ c¸c
biÕn chØ lÊy hai gi¸ trÞ 0 vµ 1 nµy, hµm vµ biÕn ®ã ®−îc gäi lµ hµm vµ biÕn logic,
c¬ së to¸n häc ®Ó tÝnh to¸n hµm vµ biÕn logic gäi lµ ®¹i sè logic. §¹i sè logic
còng cã tªn lµ ®¹i sè Boole v× lÊy tªn nhµ to¸n häc cã c«ng ®Çu trong viÖc x©y
dùng nªn c«ng cô ®¹i sè nµy. §¹i sè logic lµ c«ng cô to¸n häc ®Ó ph©n tÝch vµ
tæng hîp c¸c hÖ thèng thiÕt bÞ vµ m¹ch sè. Nã nghiªn cøu c¸c mèi quan hÖ gi÷a
c¸c biÕn sè tr¹ng th¸i logic. KÕt qu¶ nghiªn cøu thÓ hiÖn lµ mét hµm tr¹ng th¸i
còng chØ nhËn hai gi¸ trÞ 0 hoÆc 1.
2. C¸c hµm logic c¬ b¶n
Mét hµm y = f ( x 1 , x 2 ,..., x n ) víi c¸c biÕn x1, x2, ... xn chØ nhËn hai gi¸ trÞ: 0
hoÆc 1 vµ hµm y còng chØ nhËn hai gi¸ trÞ: 0 hoÆc 1 th× gäi lµ hµm logic.
Hµm logic mét biÕn: y = f ( x )
Víi biÕn x sÏ nhËn hai gi¸ trÞ: 0 hoÆc 1, nªn hµm y cã 4 kh¶ n¨ng hay th−êng
gäi lµ 4 hµm y0, y1, y2, y3. C¸c kh¶ n¨ng vµ c¸c ký hiÖu m¹ch r¬le vµ ®iÖn tö cña
hµm mét biÕn nh− trong b¶ng 1.1
B¶ng 1.1
Tªn
hµm
B¶ng ch©n lý ThuËt to¸n
logic
x
0
1
Hµm
kh«ng
y0
0
0
Hµm
®¶o
y1
1
0
Ký hiÖu s¬ ®å
KiÓu r¬le
y0 = 0
y 0 = xx
y1 = x
x
y1
KiÓu khèi ®iÖn tö
x
2
y1
x
1
y1
Ghi
chó
Gi¸o Tr×nh PLC
Hµm
lÆp
(YES)
y2
Hµm
®¬n vÞ
y3
S−u tÇm : NguyÔn Huy M¹nh
0
y2 = x
1
1
x
y3 = 3
y3 = x + x
1
x
y2
x
y2
x
1
y2
y3
x
Trong c¸c hµm trªn hai hµm y0vµ y3 lu«n cã gi¸ trÞ kh«ng ®æi nªn Ýt ®−îc
quan t©m, th−êng chØ xÐt hai hµm y1 vµ y2.
Hµm logic hai biÕn y = f ( x1 , x 2 )
Víi hai biÕn logic x1, x2, mçi biÕn nhËn hai gi¸ trÞ 0 vµ 1, nh− vËy cã 16 tæ
hîp logic t¹o thµnh 16 hµm. C¸c hµm nµy ®−îc thÓ hiÖn trªn b¶ng1.2
B¶ng 1.2
Tªn
hµm
Hµm
kh«ng
Hµm
Piec
Hµm
cÊm
x1
B¶ng ch©n lý
x1
1
1
0
0
x2
1
0
1
0
y0
0
0
0
0
ThuËt to¸n
logic
Ký hiÖu s¬ ®å
KiÓu r¬le
y 0 = x1x1
Hµm
lu«n
b»ng
0
+ x2x 2
y1 = x1x 2
y1
y2
0 0
0
0
0
1
1
0
= x1 + x 2
y 2 = x1x 2
x1 x 2
y1
x1
x2
y1
x1 x 2
y2
x1
x2
x1
x2
y2
INHIBIT
x1
Hµm
®¶o x1
Hµm
cÊm
x2
y3
y4
0
0
0
1
1
0
1
0
y 3 = x1
x1 y
3
y 4 = x1x 2
x1 x 2
y4
INHIBIT
x2
Hµm
®¶o x2
KiÓu khèi
®iÖn tö
y5
0
1
0
1
y5 = x 2
x2 y
5
3
Ghi
chó
x1
x2
x1
x2
x1
x2
& y2
y3
y4
& y4
y5
Gi¸o Tr×nh PLC
Hµm
hoÆc
lo¹i
trõ
XOR
Hµm
Cheffer
y6
0
S−u tÇm : NguyÔn Huy M¹nh
1
1
0
y 6 = x1x 2
+ x1x 2
y7
0
1
1
1
y 7 = x1 + x 2
x2
= x1x 2
x1
Hµm
vµ
AND
y8
1
0
0
0
y8 = x1x 2
Hµm
cïng
dÊu
y9
1
0
0
1
y 9 = x1x 2
Hµm
lÆp x2
Hµm
kÐo
theo
x2
Hµm
lÆp x1
Hµm
kÐo
theo
x1
Hµm
hoÆc
OR
x1 x 2 y
9
y10 1
0
1
0
y10 = x 2
y11 1
0
1
1
y11 = x1 + x 2
y12 1
1
0
0
y12 = x1
y13 1
1
0
1
y13 = x1 + x 2
Hµm
®¬n vÞ y
1
15
1
1
1
1
0
1
y7
x1 x 2
y8
+ x1x 2
y14 1
x1 x 2 y
6
x1 x 2
x1 x 2
x2 y
10
x2
y11
x1
x1 y
12
y14 = x1 + x 2
y15 = ( x 1 + x1 )
(x 2 + x 2 )
x1
y13
x2
x1
y14
x2
x1 x 2 y
15
x1 x 2
x2
x1
x2
x1
⊕
=1
y6
y6
x2
x1
y7
x
x12
x2
x1
y8
x2
x1
& y8
⊕
x2
ChØ
phô
thuéc
x2
y11
x1
y12
x1
x2
x1
x1
x1
x1
y9
y10
x2
x1
x1
x2
x1
x2
Céng
mod
ule
ChØ
phô
thuéc
x1
y13
y14
≥1
y14
y15
Hµm
lu«n
b»ng
1
Ta nhËn thÊy r»ng, c¸c hµm ®èi xøng nhau qua trôc n»m gi÷a y7 vµ y8, nghÜa
lµ y 0 = y15 , y1 = y14 ...
4
Gi¸o Tr×nh PLC
S−u tÇm : NguyÔn Huy M¹nh
Hµm logic n biÕn y = f ( x1 , x 2 ,..., x n )
Víi hµm logic n biÕn, mçi biÕn nhËn mét trong hai gi¸ trÞ 0 hoÆc 1 nªn ta cã
2 tæ hîp biÕn, mçi tæ hîp biÕn l¹i nhËn hai gi¸ trÞ 0 hoÆc 1, do vËy sè hµm logic
n
n
tæng lµ 2 2 . Ta thÊy víi 1 biÕn cã 4 kh¶ n¨ng t¹o hµm, víi 2 biÕn cã 16 kh¶ n¨ng
t¹o hµm, víi 3 biÕn cã 256 kh¶ n¨ng t¹o hµm. Nh− vËy khi sè biÕn t¨ng th× sè
hµm cã kh¶ n¨ng t¹o thµnh rÊt lín.
Trong tÊt c¶ c¸c hµm ®−îc t¹o thµnh ta ®Æc biÖt chó ý ®Õn hai lo¹i hµm lµ
hµm tæng chuÈn vµ hµm tÝch chuÈn. Hµm tæng chuÈn lµ hµm chøa tæng c¸c tÝch
mµ mçi tÝch cã ®ñ tÊt c¶ c¸c biÕn cña hµm. Hµm tÝch chuÈn lµ hµm chøa tÝch c¸c
tæng mµ mçi tæng ®Òu cã ®ñ tÊt c¶ c¸c biÕn cña hµm.
3. C¸c phÐp tÝnh c¬ b¶n
Ng−êi ta x©y dùng ba phÐp tÝnh c¬ b¶n gi÷a c¸c biÕn logic ®ã lµ:
1. PhÐp phñ ®Þnh (®¶o): ký hiÖu b»ng dÊu “-“ phÝa trªn ký hiÖu cña biÕn.
2. PhÐp céng (tuyÓn): ký hiÖu b»ng dÊu “+”. (song song)
3. PhÐp nh©n (héi): ký hiÖu b»ng dÊu “.”. (nèi tiÕp)
4. TÝnh chÊt vµ mét sè hÖ thøc c¬ b¶n
4.1. C¸c tÝnh chÊt
TÝnh chÊt cña ®¹i sè logic ®−îc thÓ hiÖn ë bèn luËt c¬ b¶n lµ: luËt ho¸n vÞ,
luËt kÕt hîp, luËt ph©n phèi vµ luËt nghÞch ®¶o.
+ LuËt ho¸n vÞ:
x1 + x 2 = x 2 + x1
x 1 .x 2 = x 2 .x 1
+ LuËt kÕt hîp:
x1 + x 2 + x 3 = ( x1 + x 2 ) + x 3 = x1 + ( x 2 + x 3 )
x1 .x 2 .x 3 = ( x1 .x 2 ).x 3 = x1 .( x 2 .x 3 )
+ LuËt ph©n phèi:
( x 1 + x 2 ).x 3 = x1 .x 3 + x 2 .x 3
x 1 + x 2 .x 3 = ( x 1 + x 2 ).( x1 + x 3 )
Ta cã thÓ minh ho¹ ®Ó kiÓm chøng tÝnh ®òng ®¾n cña luËt ph©n phèi b»ng
B¶ng 1.3
c¸ch lËp b¶ng 1.3
x1
x2
x3
( x 1 + x 2 ).( x 1 + x 3 )
x 1 + x 2 .x 3
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
5
0
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
Gi¸o Tr×nh PLC
S−u tÇm : NguyÔn Huy M¹nh
LuËt ph©n phèi ®−îc thÓ hiÖn qua s¬ ®å r¬le h×nh 1.1:
x1
x1 x1
nh−
x2 x3
x2 x3
H×nh 1.1
+ LuËt nghÞch ®¶o:
x 1 .x 2 = x1 + x 2 ;
x 1 + x 2 = x 1 .x 2
Ta còng minh ho¹ tÝnh ®óng ®¾n cña luËt nghÞch ®¶o b»ng c¸ch thµnh lËp
B¶ng 1.4
b¶ng 1.4:
x1
x2
x1
x2
x1 + x 2
x1 .x 2
x1 + x 2
0
0
1
1
1
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
0
0
1
0
0
1
1
1
0
0
0
0
0
LuËt nghÞch ®¶o ®−îc thÓ hiÖn qua m¹ch r¬le nh− trªn h×nh 1.2:
x1
1
1
1
0
p
x2
p
x1 .x 2
=
x1 x 2
y
y
H×nh 1.2
LuËt nghÞch ®¶o tæng qu¸t ®−îc thÓ hiÖn b»ng ®Þnh lý De Morgan:
x 1 .x 2 .x 3 .... = x 1 + x 2 + x 3 + ... ;
x 1 + x 2 + x 3 + ... = x1 .x 2 .x 3 ...
4.2. C¸c hÖ thøc c¬ b¶n
Mét sè hÖ thøc c¬ b¶n th−êng dïng trong ®¹i sè logic ®−îc cho ë b¶ng 1.5:
B¶ng 1.5
1
2
3
4
5
6
7
8
x+0= x
x.1 = x
x .0 = 0
x +1 = 1
x+x=x
x.x = x
x + x =1
x.x = 0
10
11
12
13
14
15
16
17
9
x1+ x 2 = x 2 + x1
18
6
x1.x 2 = x 2 .x1
x1+ x1x 2 = x1
x 1 ( x 1 + x 2 ) = x1
x1.x 2 + x1.x 2 = x1
( x1+ x 2 )( x1 + x 2 ) = x1
x1+ x 2 + x 3 = ( x1 + x 2 ) + x 3
x1.x 2 .x 3 = ( x1.x 2 ).x 3
x1+ x 2 = x1.x 2
x1.x 2 = x1 + x 2
Gi¸o Tr×nh PLC
S−u tÇm : NguyÔn Huy M¹nh
§1.2. C¸c ph−¬ng ph¸p biÓu diÔn hµm logic
Cã thÓ biÓu diÔn hµm logic theo bèn c¸ch lµ: biÓu diÔn b»ng b¶ng tr¹ng th¸i, biÓu
diÔn b»ng ph−¬ng ph¸p h×nh häc, biÓu diÔn b»ng biÓu thøc ®¹i sè, biÓu diÔn b»ng b¶ng
Karnaugh (b×a Can«).
1. Ph−¬ng ph¸p biÓu diÔn b»ng b¶ng tr¹ng th¸i:
ë ph−¬ng ph¸p nµy c¸c gi¸ trÞ cña hµm ®−îc tr×nh bµy trong mét b¶ng. NÕu
hµm cã n biÕn th× b¶ng cã n + 1 cét (n cét cho biÕn vµ 1 cét cho hµm) vµ 2n hµng
t−¬ng øng víi 2n tæ hîp cña biÕn. B¶ng nµy th−êng gäi lµ b¶ng tr¹ng th¸i hay
b¶ng ch©n lý.
VÝ dô: mét hµm 3 biÕn y = f ( x1 , x 2 , x 3 ) víi gi¸ trÞ cña hµm ®· cho tr−íc ®−îc biÓu
diÔn thµnh b¶ng 1.6:
B¶ng 1.6
¦u ®iÓm cña
ph−¬ng ph¸p biÓu
diÔn b»ng b¶ng lµ
dÔ nh×n, Ýt nhÇm
lÉn. Nh−îc ®iÓm lµ
cång kÒnh, ®Æc
biÖt khi sè biÕn
lín.
TT tæ hîp biÕn
0
1
2
3
4
5
6
7
x1
0
0
0
0
1
1
1
1
x2
0
0
1
1
0
0
1
1
x3
0
1
0
1
0
1
0
1
y
1
0
1
1
0
0
1
0
2. Ph−¬ng ph¸p biÓu diÔn h×nh häc
Víi ph−¬ng ph¸p h×nh häc hµm n biÕn ®−îc biÓu diÔn trong kh«ng gian n
chiÒu, tæ hîp biÕn ®−îc biÓu diÔn thµnh mét ®iÓm trong kh«ng gian. Ph−¬ng
ph¸p nµy rÊt phøc t¹p khi sè biÕn lín nªn th−êng Ýt dïng.
3. Ph−¬ng ph¸p biÓu diÔn b»ng biÓu thøc ®¹i sè
Ng−êi ta chøng minh ®−îc r»ng, mét hµm logic n biÕn bÊt kú bao giê còng
cã thÓ biÓu diÔn thµnh c¸c hµm tæng chuÈn ®Çy ®ñ vµ tÝch chuÈn ®Çy ®ñ.
C¸ch viÕt hµm d−íi d¹ng tæng chuÈn ®Çy ®ñ
- Hµm tæng chuÈn ®Çy ®ñ chØ quan t©m ®Õn tæ hîp biÕn mµ hµm cã gi¸ trÞ
b»ng 1. Sè lÇn hµm b»ng 1 sÏ chÝnh lµ sè tÝch cña c¸c tæ hîp biÕn.
- Trong mçi tÝch, c¸c biÕn cã gi¸ trÞ b»ng 1 ®−îc gi÷ nguyªn, cßn c¸c biÕn cã
gi¸ trÞ b»ng 0 th× ®−îc lÊy gi¸ trÞ ®¶o; nghÜa lµ nÕu x i = 1 th× trong biÓu thøc
tÝch sÏ ®−îc viÕt lµ x i , cßn nÕu x i = 0 th× trong biÓu thøc tÝch ®−îc viÕt lµ
x i . C¸c tÝch nµy cßn gäi lµ c¸c mintec vµ ký hiÖu lµ m.
- Hµm tæng chuÈn ®Çy ®ñ sÏ lµ tæng cña c¸c tÝch ®ã.
VÝ dô: Víi hµm ba biÕn ë b¶ng 1.6 trªn ta cã hµm ë d¹ng tæng chuÈn ®Çy ®ñ lµ:
f = x1 .x 2 .x 3 + x 1 .x 2 .x 3 + x 1 .x 2 .x 3 + x 1 .x 2 .x 3 = m 0 + m 2 + m 3 + m 6
7
Gi¸o Tr×nh PLC
S−u tÇm : NguyÔn Huy M¹nh
C¸ch viÕt hµm d−íi d¹ng tÝch chuÈn ®Çy ®ñ
- Hµm tÝch chuÈn ®Çy ®ñ chØ quan t©m ®Õn tæ hîp biÕn mµ hµm cã gi¸ trÞ
b»ng 0. Sè lÇn hµm b»ng kh«ng sÏ chÝnh lµ sè tæng cña c¸c tæ hîp biÕn.
- Trong mçi tæng c¸c biÕn cã gi¸ trÞ 0 ®−îc gi÷ nguyªn, cßn c¸c biÕn cã gi¸
trÞ 1 ®−îc lÊy ®¶o; nghÜa lµ nÕu x i = 0 th× trong biÓu thøc tæng sÏ ®−îc viÕt
lµ x i , cßn nÕu x i = 1 th× trong biÓu thøc tæng ®−îc viÕt b»ng x i . C¸c tæng
c¬ b¶n cßn ®−îc gäi tªn lµ c¸c Maxtec ký hiÖu M.
- Hµm tÝch chuÈn ®Çu ®ñ sÏ lµ tÝch cña c¸c tæng ®ã.
VÝ dô: Víi hµm ba biÕn ë b¶ng 1.6 trªn ta cã hµm ë d¹ng tÝch chuÈn ®Çy ®ñ lµ:
f = ( x1 + x 2 + x 3 )( x1 + x 2 + x 3 )( x1 + x 2 + x 3 )( x1 + x 2 + x 3 )
= M1 + M 4 + M 5 + M 7
4. Ph−¬ng ph¸p biÓu diÔn b»ng b¶ng Karnaugh (b×a can«)
Nguyªn t¾c x©y dùng b¶ng Karnaugh lµ:
- §Ó biÓu diÔn hµm logic n biÕn cÇn thµnh lËp mét b¶ng cã 2n «, mçi « t−¬ng
øng víi mét tæ hîp biÕn. §¸nh sè thø tù c¸c « trong b¶ng t−¬ng øng víi thø
tù c¸c tæ hîp biÕn.
- C¸c « c¹nh nhau hoÆc ®èi xøng nhau chØ cho phÐp kh¸c nhau vÒ gi¸ trÞ cña
1 biÕn.
- Trong c¸c « ghi gi¸ trÞ cña hµm t−¬ng øng víi gi¸ trÞ tæ hîp biÕn.
VÝ dô 1: b¶ng Karnaugh cho hµm ba biÕn ë b¶ng 1.6 nh− b¶ng 1.7 sau:
x2, x3
x1
00
0
0
01
11
1
3
2
1
1
4
10
5
7
1
6
1
1
VÝ dô 2: b¶ng Karnaugh cho hµm bèn biÕn nh− b¶ng 1.8 sau:
x1, x2
x3, x4
00
0
00
01
11
1
3
2
1
1
4
10
5
7
6
01
11
1
12
8
10
1
1
13
15
9
11
1
8
1
14
10
Gi¸o Tr×nh PLC
S−u tÇm : NguyÔn Huy M¹nh
§1.3. C¸c ph−¬ng ph¸p tèi thiÓu ho¸ hµm logic
Trong qu¸ tr×nh ph©n tÝch vµ tæng hîp m¹ch logic, ta ph¶i quan t©m ®Õn vÊn
®Ò tèi thiÓu ho¸ hµm logic. Bëi v×, cïng mét gi¸ trÞ hµm logic cã thÓ cã nhiÒu
hµm kh¸c nhau, nhiÒu c¸ch biÓu diÔn kh¸c nhau nh−ng chØ tån t¹i mét c¸ch biÓu
diÔn gän nhÊt, tèi −u vÒ sè biÕn vµ sè sè h¹ng hay thõa sè ®−îc gäi lµ d¹ng tèi
thiÓu. ViÖc tèi thiÓu ho¸ hµm logic lµ ®−a chóng tõ mét d¹ng bÊt kú vÒ d¹ng tèi
thiÓu. Tèi thiÓu ho¸ hµm logic mang ý nghÜa kinh tÕ vµ kü thuËt lín, ®Æc biÖt khi
tæng hîp c¸c m¹ch logic phøc t¹p. Khi chän ®−îc mét s¬ ®å tèi gi¶n ta sÏ cã sè
biÕn còng nh− c¸c kÕt nèi tèi gi¶n, gi¶m ®−îc chi phÝ vËt t− còng nh− gi¶m ®¸ng
kÓ x¸c suÊt háng hãc do sè phÇn tö nhiÒu.
VÝ dô: Hai s¬ ®å h×nh 1.3 ®Òu cã chøc
n¨ng nh− nhau, nh−ng s¬ ®å a sè tiÕp
®iÓm cÇn lµ 3, ®ång thêi cÇn thªm 1 r¬le
trung gian p, s¬ ®å b chØ cÇn 2 tiÕp ®iÓm,
kh«ng cÇn r¬le trung gian.
Thùc chÊt viÖc tæi thiÓu ho¸ hµm
logic lµ t×m d¹ng biÓu diÔn ®¹i sè ®¬n
gi¶n nhÊt cña hµm vµ th−êng cã hai
nhãm ph−¬ng ph¸p lµ:
x1
p
x2
p
x1 x 2
=
y
y
b,
a,
H×nh 1.3
- Ph−¬ng ph¸p biÕn ®æi ®¹i sè
- Ph−¬ng ph¸p dïng thuËt to¸n.
1. Ph−¬ng ph¸p tèi thiÓu ho¸ hµm logic b»ng biÕn ®æi ®¹i sè
ë ph−¬ng ph¸p nµy ta ph¶i dùa vµo c¸c tÝnh chÊt vµ c¸c hÖ thøc c¬ b¶n cña
®¹i sè logic ®Ó thùc hiÖn tèi gi¶n c¸c hµm logic. Nh−ng do tÝnh trùc quan cña
ph−¬ng ph¸p nªn nhiÒu khi kÕt qu¶ ®−a ra vÉn kh«ng kh¼ng ®Þnh râ ®−îc lµ ®·
tèi thiÓu hay ch−a. Nh− vËy, ®©y kh«ng ph¶i lµ ph−¬ng ph¸p chÆt chÏ cho qu¸
tr×nh tèi thiÓu ho¸.
VÝ dô: cho hµm
f = x1x 2 + x1x 2 + x1x 2
= ( x1x 2 + x1x 2 ) + ( x1x 2 + x1x 2 )
= x 2 ( x1 + x1 ) + x1 ( x 2 + x 2 ) = x1 + x 2
2. Ph−¬ng ph¸p tèi thiÓu ho¸ hµm logic dïng thuËt to¸n
Ph−¬ng ph¸p dïng b¶ng Karnaugh
§©y lµ ph−¬ng ph¸p th«ng dông vµ ®¬n gi¶n nhÊt, nh−ng chØ tiÕn hµnh ®−îc
víi hÖ cã sè biÕn n ≤ 6 . ë ph−¬ng ph¸p nµy cÇn quan s¸t vµ xö lý trùc tiÕp trªn
b¶ng Karnaugh.
Qui t¾c cña ph−¬ng ph¸p lµ: nÕu cã 2n « cã gi¸ trÞ 1 n»m kÒ nhau hîp thµnh
mét khèi vu«ng hay ch÷ nhËt th× cã thÓ thay 2n « nµy b»ng mét « lín víi sè
9
Gi¸o Tr×nh PLC
S−u tÇm : NguyÔn Huy M¹nh
l−îng biÕn gi¶m ®i n lÇn. Nh− vËy, b¶n chÊt cña ph−¬ng ph¸p lµ t×m c¸c « kÒ
nhau chøa gi¸ trÞ 1 (c¸c « cã gi¸ trÞ hµm kh«ng x¸c ®Þnh còng g¸n cho gi¸ trÞ 1)
sao cho lËp thµnh h×nh vu«ng hay ch÷ nhËt cµng lín cµng tèt. C¸c biÕn n»m
trong khu vùc nµy bÞ lo¹i bá lµ c¸c biÕn cã gi¸ trÞ biÕn ®æi, c¸c biÕn ®−îc dïng lµ
c¸c biÕn cã gi¸ trÞ kh«ng biÕn ®æi (chØ lµ 0 hoÆc 1).
Qui t¾c nµy ¸p dông theo thø tù gi¶m dÇn ®é lín c¸c «, sao cho cuèi cïng
toµn bé c¸c « ch−a gi¸ trÞ 1 ®Òu ®−îc bao phñ. Còng cã thÓ tiÕn hµnh tèi thiÓu
theo gi¸ trÞ 0 cña hµm nÕu sè l−îng cña nã Ýt h¬n nhiÒu so víi gi¸ trÞ 1, lóc bÊy
giê hµm lµ hµm phñ ®Þnh.
VÝ dô: Tèi thiÓu hµm
f = x.y.z + x.y.z + x.y.z + x.y.z + x.y.z + x.y.z = m 0 + m1 + m 3 + m 4 + m 5 + m 7
+ LËp b¶ng Karnaugh ®−îc nh− b¶ng 1.9. B¶ng Karnaugh cã 3 biÕn víi 6 mintec
cã gi¸ trÞ 1.
B¶ng 1.9
z
x, y
00
0
0
11
2
1
1
1
01
6
4
1
B
7
3
1
10
5
1
1
1
A
+ T×m nhãm c¸c « (h×nh ch÷ nhËt) chøa c¸c « cã gi¸ trÞ b»ng 1, ta ®−îc hai
nhãm, nhãm A vµ nhãm B.
+ Lo¹i bít c¸c biÕn ë c¸c nhãm: Nhãm A cã biÕn z = 1 kh«ng ®æi vËy nã ®−îc
gi÷ l¹i cßn hai biÕn x vµ y thay ®æi theo tõng cét do vËy mintec míi A chØ cßn
biÕn z: A = z . Nhãm B cã biÕn x vµ z thay ®æi, cßn biÕn y kh«ng ®æi vËy mintec
míi B chØ cßn biÕn y : B = y .
KÕt qu¶ tèi thiÓu ho¸ lµ: f = A + B = z + y
Ph−¬ng ph¸p Quine Mc. Cluskey
§©y lµ ph−¬ng ph¸p cã tÝnh tæng qu¸t, cho phÐp tèi thiÓu ho¸ mäi hµm logic
víi sè l−îng biÕn vµo lín.
a, Mét sè ®Þnh nghÜa
+ §Ønh: lµ mét tÝch chøa ®Çy ®ñ c¸c biÕn cña hµm, nÕu hµm cã n biÕn th×
®Ønh lµ tÝch cña n biÕn.
§Ønh 1 lµ ®Ønh mµ hµm cã gi¸ trÞ b»ng 1.
§Ønh 0 lµ ®Ønh mµ hµm cã gi¸ trÞ b»ng 0.
§Ønh kh«ng x¸c ®Þnh lµ ®Ønh mµ t¹i ®ã hµm cã thÓ lÊy mét trong hai gi¸ trÞ
0 hoÆc 1.
10
Gi¸o Tr×nh PLC
S−u tÇm : NguyÔn Huy M¹nh
+ TÝch cùc tiÓu: lµ tÝch cã sè biÕn lµ cùc tiÓu ®Ó hµm cã gi¸ trÞ b»ng 1 hoÆc
kh«ng x¸c ®Þnh.
+ TÝch quan träng: lµ tÝch cùc tiÓu mµ gi¸ trÞ hµm chØ duy nhÊt b»ng 1 ë tÝch nµy.
b, Tèi thiÓu ho¸ b»ng ph−¬ng ph¸p Quine Mc. Cluskey
§Ó râ ph−¬ng ph¸p ta xÐt vÝ dô minh ho¹, tèi thiÓu ho¸ hµm f ( x1 , x 2 , x 3 , x 4 )
víi c¸c ®Ønh b»ng 1 lµ L = 2, 3, 7, 12, 14, 15 vµ c¸c ®Ønh cã gi¸ trÞ hµm kh«ng
x¸c ®Þnh lµ N = 6, 13. C¸c b−íc tiÕn hµnh nh− sau:
B−íc 1: T×m c¸c tÝch cùc tiÓu
• LËp b¶ng biÓu diÔn c¸c gi¸ trÞ hµm b»ng 1 vµ c¸c gi¸ trÞ kh«ng x¸c ®Þnh øng
víi m· nhÞ ph©n cña c¸c biÕn theo thø tù sè sè 1 t¨ng dÇn (b¶ng 1.10a).
• XÕp thµnh tõng nhãm theo sè l−îng ch÷ sè 1 víi thø tù t¨ng dÇn. (b¶ng
1.10b ta cã 4 nhãm: nhãm 1 cã 1 sè chøa 1 ch÷ sè 1; nhãm 2 gåm 3 sè
chøa 2 ch÷ sè 1; nhãm 3 gåm 3 sè chøa 3 ch÷ sè 1, nhãm 4 cã 1 sè chøa 1
ch÷ sè 1).
• So s¸nh mçi tæ hîp thø i víi tæ hîp thø i +1, nÕu hai tæ hîp chØ kh¸c nhau ë
mét cét th× kÕt hîp 2 tæ hîp ®ã thµnh mét tæ hîp míi, ®ång thêi thay cét sè
kh¸c nhau cña 2 tæ hîp cò b»ng mét g¹ch ngang (-) vµ ®¸nh dÊu v vµo hai
tæ hîp cò (b¶ng 1.10c). VÒ c¬ së to¸n häc, ë ®©y ®Ó thu gän c¸c tæ hîp ta ®·
dïng tÝnh chÊt:
xy + xy = x
• Cø tiÕp tôc c«ng viÖc. Tõ b¶ng 1.10c ta chän ra c¸c tæ hîp chØ kh¸c nhau 1
ch÷ sè 1 vµ cã cïng g¹ch ngang (-) trong mét cét, nghÜa lµ cã cïng biÕn võa
®−îc gi¶n −íc ë b¶ng 1.10c, nh− vËy ta cã b¶ng 1.10d.
B¶ng 1.10
a
b
Sè thËp C¬ sè 2
x1x2x3x4
ph©n
2
0010
3
0011
6*
12
7
13 *
14
15
0110
1100
0111
1101
1110
1111
c
d
Sè ch÷
sè 1
Sè thËp
ph©n
C¬ sè 2
1
2
0010v
Liªn x1x2x3x4
kÕt
2,3
001-v
3
0011v
2,6
0-10v
6
12
7
13
14
15
0110v
1100v
0111v
1101v
1110v
1111v
3,7
6,7
6,14
12,13
12,14
7,15
13,15
14,15
0-11v
011-v
-110v
110-v
11-0v
-111v
11-1v
111-v
2
3
4
x1x2x3x4
11
Liªn kÕt
x1x2x3x4
2,3,6,7
2,6,3,7
6,7,14,15
6,14,7,15
12,13,14,15
0-1-1111- -
Gi¸o Tr×nh PLC
S−u tÇm : NguyÔn Huy M¹nh
C¸c tæ hîp t×m ®−îc ë b¶ng 1.10d lµ tæ hîp cuèi cïng, c¸c tæ hîp nµy kh«ng
cßn kh¶ n¨ng kÕt hîp n÷a, ®©y chÝnh lµ c¸c tÝch cùc tiÓu cña hµm ®· cho. Theo
thø tù x1x 2 x 3 x 4 , chç cã dÊu (-) ®−îc l−îc bá, c¸c tÝch cùc tiÓu ®−îc viÕt nh−
sau:
0-1- (phñ c¸c ®Ønh 2,3,6,7) øng víi: x1x 3
-11- (phñ c¸c ®Ønh 6,7,14,15) øng víi: x 2 x 3
11- - (phñ c¸c ®Ønh 12,13,14,15) øng víi: x1x 2
B−íc 2: T×m c¸c tÝch quan träng
ViÖc t×m c¸c tÝch quan träng còng ®−îc tiÕn hµnh theo c¸c b−íc nhá.
Gäi Li lµ tËp c¸c ®Ønh 1 ®ang xÐt ë b−íc nhá thø i, lóc nµy kh«ng quan t©m
®Õn c¸c ®Ønh cã gi¸ trÞ kh«ng x¸c ®Þnh n÷a.
Zi lµ tËp c¸c tÝch cùc tiÓu ®ang ë b−íc nhá thø i.
Ei lµ tËp c¸c tÝch quan träng ë b−íc nhá thø i.
• Víi i = 0
L 0 = (2,3,7,12,14,15)
Z 0 = ( x1x 3 , x 2 x 3 , x1x 2 )
X¸c ®Þnh c¸c tÝch quan träng E0 tõ tËp L0 vµ Z0 nh− sau:
+ LËp b¶ng trong ®ã mçi hµng øng víi mét tÝch cùc tiÓu thuéc Z0, mçi cét
øng víi mét ®Ønh thuéc L0. §¸nh dÊu “x” vµo c¸c « trong b¶ng øng víi tÝch cùc
tiÓu b¶ng 1.11 (tÝch x1x 3 øng víi c¸c ®Ønh 2,3,7; tÝch x 2 x 3 øng víi c¸c ®Ønh
7,14,15; tÝch x1x 2 øng víi c¸c ®Ønh 12,14,15 b¶ng 1.10)
B¶ng 1.11
L0
Z0
x1x 3
2
3
7
(x)
(x)
x
x 2x3
12
14
15
x
x
x
x
x
(x)
x1x 2
XÐt tõng cét, cét nµo chØ cã mét dÊu “x” th× tÝch cùc tiÓu (hµng) øng víi nã
lµ tÝch quan träng, ta ®æi thµnh dÊu “(x)’. VËy tËp c¸c tÝch quan träng ë b−íc nµy
lµ:
E 0 = ( x1 x 3 , x1 x 2 )
• Víi i = 1
T×m L1 tõ L0 b»ng c¸ch lo¹i khái L0 c¸c ®Ønh 1 cña E0.
12
Gi¸o Tr×nh PLC
S−u tÇm : NguyÔn Huy M¹nh
T×m Z1 tõ Z0 b»ng c¸ch lo¹i khái Z0 c¸c tÝch trong E0 vµ c¸c tÝch ®· n»m
trong hµng ®· ®−îc chän tõ E0.
Khi ®· t×m ®−îc L1 vµ Z1, lµm l¹i nh− b−íc i = 0 ta sÏ t×m ®−îc tÝch quan
träng E1.
C«ng viÖc cø tiÕp tôc cho ®Õn khi Lk = 0.
Trong vÝ dô nµy v× E 0 = ( x1x 3 , x1x 2 ) mµ c¸c ®Ønh 1 cña x1x 3 lµ 2,3,7; c¸c
®Ønh 1 cña x1x 2 lµ 12,14,15 (bá qua ®Ønh 6, 13 lµ c¸c ®Ønh kh«ng x¸c ®Þnh); do
®ã L1 = 0, qu¸ tr×nh kÕt thóc. KÕt qu¶ d¹ng hµm tèi thiÓu chÝnh lµ tæng cña c¸c
tÝch cùc tiÓu. VËy hµm cùc tiÓu lµ:
f = x1x 3 + x1x 2
§1.4. C¸c hÖ m¹ch logic
C¸c phÐp to¸n vµ ®Þnh lý cña ®¹i sè Boole gióp cho thao t¸c c¸c biÓu thøc
logic. Trong kü thuËt thùc tÕ lµ b»ng c¸ch nèi cæng logic cña c¸c m¹ch logic víi
nhau (theo kÕt cÊu ®· tèi gi¶n nÕu cã). §Ó thùc hiÖn mét bµi to¸n ®iÒu khiÓn
phøc t¹p, sè m¹ch logic sÏ phô thuéc vµo sè l−îng ®Çu vµo vµ c¸ch gi¶i quyÕt
b»ng lo¹i m¹ch logic nµo, sö dông c¸c phÐp to¸n hay ®Þnh lý nµo. §©y lµ mét bµi
to¸n tèi −u nhiÒu khi cã kh«ng chØ mét lêi gi¶i. Tuú theo lo¹i m¹ch logic mµ viÖc
gi¶i c¸c bµi to¸n cã nh÷ng ph−¬ng ph¸p kh¸c nhau. VÒ c¬ b¶n c¸c m¹ch logic
®−îc chia lµm hai lo¹i:
+ M¹ch logic tæ hîp
+ M¹ch logic tr×nh tù
1. M¹ch logic tæ hîp
M¹ch logic tæ hîp lµ m¹ch mµ ®Çu ra t¹i bÊt kú thêi ®iÓm nµo chØ phô thuéc
tæ hîp c¸c tr¹ng th¸i cña ®Çu vµo ë thêi ®iÓm ®ã. Nh− vËy, m¹ch kh«ng cã phÇn
tö nhí. Theo quan ®iÓm ®iÒu khiÓn th× m¹ch x
y1
1
M¹ch tæ
tæ hîp lµ m¹ch hë, hÖ kh«ng cã ph¶n håi, x
y2
nghÜa lµ tr¹ng th¸i ®ãng më cña c¸c phÇn tö 2
hîp
M
trong m¹ch hoµn toµn kh«ng bÞ ¶nh h−ëng M
xn
ym
cña tr¹ng th¸i tÝn hiÖu ®Çu ra.
S¬ ®å m¹ch logic tæ hîp nh− h×nh 1.4
H×nh 1.4
Víi m¹ch logic tæ hîp tån t¹i hai lo¹i bµi to¸n lµ bµi to¸n ph©n tÝch vµ bµi
to¸n tæng hîp.
+ Bµi to¸n ph©n tÝch cã nhiÖm vô lµ tõ m¹ch tæ hîp ®· cã, m« t¶ ho¹t ®éng vµ
viÕt c¸c hµm logic cña c¸c ®Çu ra theo c¸c biÕn ®Çu vµo vµ nÕu cÇn cã thÓ xÐt tíi
viÖc tèi thiÓu ho¸ m¹ch.
+ Bµi to¸n tæng hîp thùc chÊt lµ thiÕt kÕ m¹ch tæ hîp. NhiÖm vô chÝnh lµ thiÕt kÕ
®−îc m¹ch tæ hîp tho¶ m·n yªu cÇu kü thuËt nh−ng m¹ch ph¶i tèi gi¶n. Bµi to¸n
tæng hîp lµ bµi to¸n phøc t¹p, v× ngoµi c¸c yªu cÇu vÒ chøc n¨ng logic, viÖc tæng
13
Gi¸o Tr×nh PLC
S−u tÇm : NguyÔn Huy M¹nh
hîp m¹ch cßn phô thuéc vµo viÖc sö dông c¸c phÇn tö,
ch¼ng h¹n nh− phÇn tö lµ lo¹i: r¬le - c«ng t¾c t¬, lo¹i
phÇn tö khÝ nÐn hay lo¹i phÇn tö lµ b¸n dÉn vi m¹ch...
Víi mçi lo¹i phÇn tö logic ®−îc sö dông th× ngoµi nguyªn
lý chung vÒ m¹ch logic cßn ®ßi hái ph¶i bæ sung nh÷ng
nguyªn t¾c riªng lóc tæng hîp vµ thiÕt kÕ hÖ thèng.
x2
VÝ dô: vÒ m¹ch logic tæ hîp nh− h×nh 1.5
x2
x1
x3
2. M¹ch logic tr×nh tù
x3
y1
x1
y2
H×nh 1.5
M¹ch tr×nh tù hay cßn gäi lµ m¹ch d·y
x
(sequential circuits) lµ m¹ch trong ®ã tr¹ng 1
th¸i cña tÝn hiÖu ra kh«ng nh÷ng phô thuéc xn
tÝn hiÖu vµo mµ cßn phô thuéc c¶ tr×nh tù
t¸c ®éng cña tÝn hiÖu vµo, nghÜa lµ cã nhí
c¸c tr¹ng th¸i. Nh− vËy, vÒ mÆt thiÕt bÞ th×
ë m¹ch tr×nh tù kh«ng nh÷ng chØ cã c¸c
phÇn tö ®ãng më mµ cßn cã c¶ c¸c phÇn tö
nhí.
y1
y2
…
ym
M¹ch tæ
hîp
β
H×nh 1.6
S¬ ®å nguyªn lý m¹ch logic tr×nh tù nh− h×nh 1.6
XÐt m¹ch logic tr×nh tù nh− h×nh 1.7. Ta xÐt ho¹t ®éng cña m¹ch khi thay ®æi
tr¹ng th¸i ®ãng më cña x1 vµ x2. BiÓu ®å h×nh 1.7b m« t¶ ho¹t ®éng cña m¹ch,
trong biÓu ®å c¸c nÐt ®Ëm biÓu hiÖn tÝn hiÖu cã gi¸ trÞ 1, cßn nÐt m¶nh biÓu hiÖn
tÝn hiÖu cã gi¸ trÞ 0.
x1
1
2
1
2
3 2
1
4
5 2 1
1
2
3
4
5 6
7
8
9 1
x1
x2
y
y
x2
y
x2
y
z
z
a,
b,
H×nh 1.7
Tõ biÓu ®å h×nh 1.7b ta thÊy, tr¹ng th¸i z = 1 chØ ®¹t ®−îc khi thao t¸c theo
tr×nh tù x1 = 1 , tiÕp theo x 2 = 1. NÕu cho x 2 = 1 tr−íc, sau ®ã cho x1 = 1 th× c¶ y
vµ z ®Òu kh«ng thÓ b»ng 1.
§Ó m« t¶ m¹ch tr×nh tù ta cã thÓ dïng b¶ng chuyÓn tr¹ng th¸i, dïng ®å h×nh
tr¹ng th¸i Mealy, ®å h×nh tr¹ng th¸i Moore hoÆc dïng ph−¬ng ph¸p l−u ®å.
Trong ®ã ph−¬ng ph¸p l−u ®å cã d¹ng trùc quan h¬n. Tõ l−u ®å thuËt to¸n ta dÔ
dµng chuyÓn sang d¹ng ®å h×nh tr¹ng th¸i Mealy hoÆc ®å h×nh tr¹ng th¸i Moore.
vµ tõ ®ã cã thÓ thiÕt kÕ ®−îc m¹ch tr×nh tù.
Víi m¹ch logic tr×nh tù ta còng cã bµi to¸n ph©n tÝch vµ bµi to¸n tæng hîp.
14
Gi¸o Tr×nh PLC
S−u tÇm : NguyÔn Huy M¹nh
§1.5. Grafcet - ®Ó m« t¶ m¹ch tr×nh tù trong c«ng nghiÖp
1. Ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ c«ng nghiÖp theo logic tr×nh tù
Trong d©y truyÒn s¶n xuÊt c«ng nghiÖp, c¸c thiÕt bÞ m¸y mãc th−êng ho¹t
®éng theo mét tr×nh tù logic chÆt chÏ nh»m ®¶m b¶o chÊt l−îng s¶n phÈm vµ an
toµn cho ng−êi vµ thiÕt bÞ.
Mét qu¸ tr×nh c«ng nghÖ nµo ®ã còng cã thÓ cã ba h×nh thøc ®iÒu khiÓn ho¹t
®éng sau:
+ §iÒu khiÓn hoµn toµn tù ®éng, lóc nµy chØ cÇn sù chØ huy chung cña nh©n
viªn vËn hµnh hÖ thèng.
+ §iÒu khiÓn b¸n tù ®éng, qu¸ tr×nh lµm viÖc cã liªn quan trùc tiÕp ®Õn c¸c
thao t¸c liªn tôc cña con ng−êi gi÷a c¸c chuçi ho¹t ®éng tù ®éng.
+ §iÒu khiÓn b»ng tay, tÊt c¶ ho¹t ®éng cña hÖ ®Òu do con ng−êi thao t¸c.
Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc ®Ó ®¶m b¶o an toµn, tin cËy vµ linh ho¹t, hÖ ®iÒu
khiÓn cÇn cã sù chuyÓn ®æi dÔ dµng tõ ®iÒu khiÓu b»ng tay sang tù ®éng vµ
ng−îc l¹i, v× nh− vËy hÖ ®iÒu khiÓn míi ®¸p øng ®óng c¸c yªu cÇu thùc tÕ.
Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc sù kh«ng b×nh th−êng trong ho¹t ®éng cña d©y
truyÒn cã rÊt nhiÒu lo¹i, khi thiÕt kÕ ta ph¶i cè g¾ng m« t¶ chóng mét c¸ch ®Çy
®ñ nhÊt. Trong sè c¸c ho¹t ®éng kh«ng b×nh th−êng cña ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn
mét d©y truyÒn tù ®éng, ng−êi ta th−êng ph©n biÖt ra c¸c lo¹i sau:
+ H− háng mét bé phËn trong cÊu tróc ®iÒu khiÓn. Lóc nµy cÇn ph¶i xö lý
riªng phÇn ch−¬ng tr×nh cã chç h− háng, ®ång thêi ph¶i l−u t©m cho d©y truyÒn
ho¹t ®éng lóc cã h− háng vµ s½n sµng chÊp nhËn l¹i ®iÒu khiÓn khi h− háng ®−îc
söa ch÷a xong.
+ H− háng trong cÊu tróc tr×nh tù ®iÒu khiÓn.
+ H− háng bé phËn chÊp hµnh (nh− h− háng thiÕt bÞ chÊp hµnh, h− háng c¶m
biÕn, h− háng c¸c bé ph©n thao t¸c...)
Khi thiÕt kÕ hÖ thèng ph¶i tÝnh ®Õn c¸c ph−êng thøc lµm viÖc kh¸c nhau ®Ó
®¶m b¶o an toµn vµ xö lý kÞp thêi c¸c h− háng trong hÖ thèng, ph¶i lu«n cã
ph−¬ng ¸n can thiÖp trùc tiÕp cña ng−êi vËn hµnh ®Õn viÖc dõng m¸y khÈn cÊp,
xö lý t¾c nghÏn vËt liÖu vµ c¸c hiÖn t−îng nguy hiÓm kh¸c. Grafcel lµ c«ng cô rÊt
h÷u Ých ®Ó thiÕt kÕ vµ thùc hiÖn ®Çy ®ñ c¸c yªu cÇu cña hÖ tù ®éng cho c¸c qu¸
tr×nh c«ng nghÖ kÓ trªn.
2. §Þnh nghÜa Grafcet
Grafcet lµ tõ viÕt t¾t cña tiÕng Ph¸p “Graphe fonctionnel de commande Ðtape
transition” (chuçi chøc n¨ng ®iÒu khiÓn giai ®o¹n - chuyÓn tiÕp), do hai c¬ quan
AFCET (Liªn hîp Ph¸p vÒ tin häc, kinh tÕ vµ kü thuËt) vµ ADEPA (tæ chøc nhµ
n−íc vÒ ph¸t triÓn nÒn s¶n xuÊt tù ®éng ho¸) hîp t¸c so¹n th¶o th¸ng 11/1982
®−îc ®¨ng ký ë tæ chøc tiªu chuÈn ho¸ Ph¸p. Nh− vËy, m¹ng grafcet ®· ®−îc tiªu
15
Gi¸o Tr×nh PLC
S−u tÇm : NguyÔn Huy M¹nh
chuÈn ho¸ vµ ®−îc c«ng nhËn lµ mét ng«n ng÷ thÝch hîp cho viÖc m« t¶ ho¹t
®éng d·y cña qu¸ tr×nh tù ®éng ho¸ trong s¶n xuÊt.
M¹ng grafcet lµ mét ®å h×nh chøc n¨ng cho phÐp m« t¶ c¸c tr¹ng th¸i lµm
viÖc cña hÖ thèng vµ biÓu diÔn qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn víi c¸c tr¹ng th¸i vµ sù
chuyÓn ®æi tõ tr¹ng th¸i nµy sang tr¹ng th¸i kh¸c, ®ã lµ mét ®å h×nh ®Þnh h−íng
®−îc x¸c ®Þnh bëi c¸c phÇn tö lµ: tËp c¸c tr¹ng th¸i, tËp c¸c ®iÒu kiÖn chuyÓn
tr¹ng th¸i.
M¹ng grafcet m« t¶ thµnh chuçi c¸c giai ®o¹n trong chu tr×nh s¶n xuÊt.
M¹ng grafcet cho mét qu¸ tr×nh s¶n xuÊt lu«n lu«n lµ mét ®å h×nh khÐp kÝn
tõ tr¹ng th¸i ®Çu ®Õn tr¹ng th¸i cuèi vµ tõ tr¹ng th¸i cuèi vÒ tr¹ng th¸i ®Çu.
3. Mét sè ký hiÖu trong grafcet
- Mét tr¹ng th¸i (giai ®o¹n) ®−îc biÓu diÔn b»ng mét h×nh vu«ng cã ®¸nh sè
thø tù chØ tr¹ng th¸i. G¾n liÒn víi biÓu t−îng tr¹ng th¸i lµ mét h×nh ch÷ nhËt bªn
c¹nh, trong h×nh ch÷ nhËt nµy cã ghi c¸c t¸c ®éng cña tr¹ng th¸i ®ã h×nh 1.8a vµ
b. Mét tr¹ng th¸i cã thÓ t−¬ng øng víi mét hoÆc nhiÒu hµnh ®éng cña qu¸ tr×nh
s¶n xuÊt.
- Tr¹ng th¸i khëi ®éng ®−îc thÓ hiÖn b»ng 2 h×nh vu«ng lång vµo nhau, thø
tù th−êng lµ 1 h×nh 1.8c.
- Tr¹ng th¸i ho¹t ®éng (tÝch cùc) cã thªm dÊu “.” ë trong h×nh vu«ng tr¹ng
th¸i h×nh 1.8d.
Khëi ®éng
®éng c¬
3
4
a,
H·m ®éng
c¬
1
3.
b,
c,
d,
H×nh 1.8
- ViÖc chuyÓn tiÕp tõ tr¹ng th¸i nµy sang tr¹ng th¸i kh¸c chØ cã thÓ ®−îc thùc
hiÖn khi c¸c ®iÒu kiÖn chuyÓn tiÕp ®−îc tho¶ m·n. Ch¼ng h¹n, viÖc chuyÓn tiÕp
gi÷a c¸c tr¹ng th¸i 3 vµ 4 h×nh 1.9a ®−îc thùc hiÖn khi t¸c ®éng lªn biÕn b, cßn
3
5
b
4
c
t/9/2s
d
6
a,
9
7
10
8
b,
c,
H×nh 1.9
16
d,
Gi¸o Tr×nh PLC
S−u tÇm : NguyÔn Huy M¹nh
chuyÓn tiÕp gi÷a tr¹ng th¸i 5 vµ 6 ®−îc thùc hiÖn ë s−ên t¨ng cña biÕn c h×nh
1.9b, ë h×nh 1.9c lµ t¸c ®éng ë s−ên gi¶m cña biÕn d. ChuyÓn tiÕp gi÷a tr¹ng th¸i
9 vµ 10 h×nh 1.9d sÏ x¶y ra sau 2s kÓ tõ khi cã t¸c ®éng cuèi cïng cña tr¹ng th¸i
9 ®−îc thùc hiÖn.
- Ký hiÖu ph©n nh¸nh nh− h×nh 1.10. ë s¬ ®å ph©n nh¸nh l¹i tån t¹i hai lo¹i
lµ s¬ ®å rÏ nh¸nh vµ s¬ ®å song song.
S¬ ®å rÏ nh¸nh lµ phÇn s¬ ®å cã hai ®iÒu kiÖn liªn hÖ gi÷a ba tr¹ng th¸i nh−
h×nh 1.10a vµ b.
S¬ ®å song song lµ s¬ ®å chØ cã mét ®iÒu kiÖn liªn hÖ gi÷a 3 tr¹ng th¸i nh−
h×nh 1.10c vµ d.
ë h×nh 1.10a , khi tr¹ng th¸i 1 ®ang ho¹t ®éng, nÕu chuyÓn tiÕp t12 tho¶ m·n
th× tr¹ng th¸i 2 ho¹t ®éng; nÕu chuyÓn tiÕp t13 tho¶ m·n th× tr¹ng th¸i 3 ho¹t
®éng.
ë h×nh 1.10b nÕu tr¹ng th¸i 7 ®ang ho¹t ®éng vµ cã t79 th× tr¹ng th¸i 9 ho¹t
®éng, nÕu tr¹ng th¸i 8 ®ang ho¹t ®éng vµ cã t89 th× tr¹ng th¸i 9 ho¹t ®éng.
ë h×nh 1.10c nÕu tr¹ng th¸i 1 ®ang ho¹t ®éng vµ cã t123 th× tr¹ng th¸i 2 vµ 3
®ång thêi ho¹t ®éng.
ë h×nh 1.10d nÕu tr¹ng th¸i 7 vµ 8 ®ang cïng ho¹t ®éng vµ cã t789 th× tr¹ng
th¸i 9 ho¹t ®éng.
1.
7.
t79
t13
t12
2
8.
t89
3
9
b,
a,
1.
7.
8.
t123
2
t789
3
9
d,
c,
H×nh 1.10
17
Gi¸o Tr×nh PLC
S−u tÇm : NguyÔn Huy M¹nh
- Ký hiÖu b−íc nh¶y nh− h×nh
1.11.
6
2
H×nh 1.11a biÓu diÔn grafcet
cho phÐp thùc hiÖn b−íc nh¶y, khi a
tr¹ng th¸i 2 ®ang ho¹t ®éng nÕu cã
®iÒu kiÖn a th× qu¸ tr×nh sÏ chuyÓn
ho¹t ®éng tõ tr¹ng th¸i 2 sang
tr¹ng th¸i 5 bá qua c¸c tr¹ng th¸i
trung gian 3 vµ 4, nÕu ®iÒu kiÖn a
kh«ng ®−îc tho¶ m·n th× qu¸ tr×nh
chuyÓn tiÕp theo tr×nh tù 2, 3, 4, 5.
d
a
7
3
e
b
8
4
f
c
H×nh 1.11b khi tr¹ng th¸i 8
®ang ho¹t ®éng nÕu tho¶ m·n ®iÒu
kiÖn f th× qu¸ tr×nh chuyÓn sang
tr¹ng th¸i 9, nÕu kh«ng tho¶ m·n
®iÒu kiÖn 8 th× qu¸ tr×nh quay l¹i
tr¹ng 7.
5
9
a,
b,
H×nh 1.11
4. C¸ch x©y dùng m¹ng grafcet
§Ó x©y dùng m¹ng grafcet cho mét qu¸ tr×nh nµo ®ã th× tr−íc tiªn ta ph¶i m«
t¶ mäi hµnh vi tù ®éng bao gåm c¸c giai ®o¹n vµ c¸c ®iÒu kiÖn chuyÓn tiÕp, sau
®ã lùa chän c¸c dÉn ®éng vµ c¸c c¶m biÕn råi m« t¶ chóng b»ng c¸c ký hiÖu, sau
®ã kÕt nèi chóng l¹i theo c¸ch m« t¶ cña
B- B+ B
d
grafcet.
b0
VÝ dô: ®Ó kÑp chÆt chi tiÕt c vµ khoan trªn
b1
®ã mét lç h×nh 1.12 th× tr−íc tiªn ng−êi
®iÒu khiÓn Ên nót khëi ®éng d ®Ó khëi
a1
R0
R
A+
®éng chu tr×nh c«ng nghÖ tù ®éng, qu¸
tr×nh b¾t ®Çu tõ giai ®o¹n 1:
A
A0
c
+ Giai ®o¹n 1: S1 pÝtt«ng A chuyÓn
®éng theo chiÒu A+ ®Ó kÑp chÆt chi tiÕt c.
Aa0
Khi lùc kÑp ®¹t yªu cÇu ®−îc x¸c ®Þnh
H×nh 1.12
bëi c¶m biÕn ¸p suÊt a1 th× chuyÓn sang
giai ®o¹n 2.
+ Giai ®o¹n 2: S2 ®Çu khoan B ®i xuèng theo chiÒu B+ vµ mòi khoan quay
theo chiÒu R, khi khoan ®ñ s©u, x¸c ®Þnh b»ng nót b1 th× kÕt thóc giai ®o¹n 2,
chuyÓn sang giai ®o¹n 3.
+ Giai ®o¹n 3: S3 mòi khoan ®i lªn theo chiÒu B- vµ ngõng quay. Khi mòi
khoan lªn ®ñ cao, x¸c ®Þnh b»ng b0 th× khoan dõng vµ chuyÓn sang giai ®o¹n 4.
+ Giai ®o¹n 4: S4 pÝtt«ng A trë vÒ theo chiÒu A- níi láng chi tiÕt, vÞ trÝ trë vÒ
®−îc x¸c ®Þnh bëi a0, khi ®ã pÝtt«ng ngõng chuyÓn ®éng, kÕt thóc mét chu kú gia
c«ng.
18
Gi¸o Tr×nh PLC
Ta cã s¬ ®å grafcet nh− h×nh
1.13
S−u tÇm : NguyÔn Huy M¹nh
2S0
5. Ph©n tÝch m¹ng grafcet
c
5.1. Qui t¾c v−ît qua, chuyÓn tiÕp
- Mét tr¹ng th¸i tr−íc chØ
chuyÓn tiÕp sang tr¹ng
th¸i sau khi nã ®ang ho¹t
®éng (tÝch cùc) vµ cã ®ñ
®iÒu kiÖn chuyÓn tiÕp.
- Khi qu¸ tr×nh ®· chuyÓn
tiÕp sang tr¹ng th¸i sau th×
giai ®o¹n sau ho¹t ®éng
(tÝch cùc) vµ sÏ khö bá
ho¹t ®éng cña tr¹ng th¸i
tr−íc ®ã (giai ®o¹n tr−íc
hÕt tÝch cùc).
S1
Ên nót khëi ®éng
a1
S2
S4
chi tiÕt ®· ®−îc kÑp chÆt
R, B+ quay vµ mòi khoan tiÕn vµo
b1
S3
giai ®o¹n kÑp vËt
A+
®· khoan thñng
B-
lïi mòi khoan
b0
®· rót mòi khoan ra
A-
më kÑp
a0
®· më kÑp xong
Víi c¸c ®iÒu kiÖn ho¹t ®éng
H×nh 1.13
nh− trªn th× cã nhiÒu khi s¬ ®å
kh«ng ho¹t ®éng ®−îc hoÆc ho¹t ®éng kh«ng tèt. Ng−êi ta gäi:
+ S¬ ®å kh«ng ho¹t ®éng ®−îc lµ s¬ ®å cã
nh¸nh chÕt. (S¬ ®å cã nh¸nh chÕ cã thÓ vÉn ho¹t
®éng nÕu nh− kh«ng ®i vµo nh¸nh chÕt).
S0
+ S¬ ®å kh«ng s¹ch lµ s¬ ®å mµ t¹i mét vÞ trÝ
nµo ®ã ®−îc ph¸t lÖnh hai lÇn.
VÝ dô 1: S¬ ®å h×nh 1.14 lµ s¬ ®å cã nh¸nh chÕt.
S¬ ®å nµy kh«ng thÓ lµm viÖc ®−îc do S2 vµ S4
kh«ng thÓ cïng tÝch cùc v× gi¶ sö hÖ ®ang ë tr¹ng
th¸i ban ®Çu S0 nÕu cã ®iÒu kiÖn 3 th× S0 hÕt tÝch
cùc vµ chuyÓn sang S3 tÝch cùc. Sau ®ã nÕu cã
®iÒu kiÖn 4 th× S3 hÕt tÝch cùc vµ S4 tÝch cùc. NÕu
lóc nµy cã ®iÒu kiÖn 1 th× S1 còng kh«ng thÓ tÝch
cùc ®−îc v× S0 ®· hÕt tÝch cùc. Do ®ã kh«ng bao
giê S2 tÝch cùc ®−îc n÷a mµ ®Ó S5 tÝch cùc th×
ph¶i cã S2 vµ S4 tÝch cùc kÌm ®iÒu kiÖn 5 nh− vËy
hÖ sÏ n»m im ë vÞ trÝ S4.
Muèn s¬ ®å trªn lµm viÖc ®−îc ta ph¶i
chuyÓn m¹ch rÏ nh¸nh thµnh m¹ch song song.
3
1
S1
S3
2
4
S2
S4
5
S5
6
H×nh 1.14
VÝ dô 2: S¬ ®å h×nh 1.15 lµ s¬ ®å kh«ng s¹ch. M¹ng ®ang ë tr¹ng th¸i ban ®Çu
nÕu cã ®iÒu kiÖn 1 th× sÏ chuyÓn tr¹ng th¸i cho c¶ S1 vµ S3 tÝch cùc. NÕu cã ®iÒu
kiÖn 3 råi 4 th× sÏ chuyÓn cho S5 tÝch cùc. Khi ch−a cã ®iÒu kiÖn 6 mµ l¹i cã ®iÒu
19
Gi¸o Tr×nh PLC
S−u tÇm : NguyÔn Huy M¹nh
S0
S0
1
3
1
S1
S3
2
S1
3
S2
2
S4
5
S3
4
S2
S4
5
4
S5
6
S5
6
7
H×nh 1.15
H×nh 1.16
kiÖn 2 råi 5 tr−íc th× S5 l¹i chuyÓn tÝch cùc lÇn n÷a. Tøc lµ cã hai lÇn lÖnh cho S5
tÝch cùc, vËy lµ s¬ ®å kh«ng s¹ch.
VÝ dô 3: S¬ ®å h×nh 1.16 lµ s¬ ®å s¹ch. ë s¬ ®å nµy nÕu ®· cã S3 tÝch cùc (®iÒu
kiÖn 3) th× nÕu cã ®iÒu kiÖn 1 còng kh«ng cã nghÜa v× S0 ®· hÕt tÝch cùc. Nh−
vËy, m¹ch ®· rÏ sang nh¸nh 2, nÕu lÇn l−ît cã c¸c ®iÒu kiÖn 4 vµ 6 th× S5 sÏ tÝch
cùc sau ®ã nÕu cã ®iÒu kiÖn 7 th× hÖ l¹i trë vÒ tr¹ng th¸i ban ®Çu.
5.2. Ph©n tÝch m¹ng grafcet
Nh− ph©n tÝch ë trªn th× nhiÒu khi m¹ng grafcet kh«ng ho¹t ®éng ®−îc hoÆc
ho¹t ®éng kh«ng tèt. Nh−ng ®èi víi c¸c m¹ng kh«ng ho¹t ®éng ®−îc hoÆc ho¹t
®éng kh«ng tèt vÉn cã thÓ lµm viÖc ®−îc nÕu nh− kh«ng ®i vµo nh¸nh chÕt.
Trong thùc tÕ s¶n xuÊt mét hÖ thèng cã thÓ ®ang ho¹t ®éng rÊt tèt, nh−ng nÕu v×
lý do nµo ®ã mµ hÖ thèng ph¶i thay ®æi chÕ ®é lµm viÖc (do sù cè tõng phÇn hoÆc
do thay ®æi c«ng nghÖ...) th× cã thÓ hÖ thèng sÏ kh«ng ho¹t ®éng ®−îc nÕu ®ã lµ
nh¸nh chÕt.
Víi c¸ch ph©n tÝch s¬ ®å nh− trªn th× khã ®¸nh gi¸ ®−îc c¸c m¹ng cã ®é
phøc t¹p lín. Do ®ã ta ph¶i xÐt mét c¸ch ph©n tÝch m¹ng grafcet lµ dïng ph−¬ng
ph¸p gi¶n ®å ®iÓm.
§Ó thµnh lËp gi¶n ®å ®iÓm ta ®i theo c¸c b−íc sau:
+ VÏ mét « ®Çu tiªn cho gi¶n ®å ®iÓm, ghi sè 0. XuÊt ph¸t tõ giai ®o¹n ®Çu
trªn grafcet ®−îc coi lµ ®ang tÝch cùc, giai ®o¹n nµy ®ang cã dÊu “.”, khi cã mét
®iÒu kiÖn ®−îc thùc hiÖn, sÏ cã c¸c giai ®o¹n míi ®−îc tÝch cùc th×:
- §¸nh dÊu “.” vµo c¸c giai ®o¹n võa ®−îc tÝch cùc trªn grafcet.
- Xo¸ dÊu “.” ë giai ®o¹n hÕt tÝch cùc trªn grafcet.
20
- Xem thêm -